CN114995083B - 基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法 - Google Patents

基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114995083B
CN114995083B CN202210518578.0A CN202210518578A CN114995083B CN 114995083 B CN114995083 B CN 114995083B CN 202210518578 A CN202210518578 A CN 202210518578A CN 114995083 B CN114995083 B CN 114995083B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cylindrical surface
plane
diffraction
hologram
light modulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210518578.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114995083A (zh
Inventor
王君
韩涵
伍旸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN202210518578.0A priority Critical patent/CN114995083B/zh
Publication of CN114995083A publication Critical patent/CN114995083A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114995083B publication Critical patent/CN114995083B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/08—Synthesising holograms, i.e. holograms synthesized from objects or objects from holograms
    • G03H1/0866—Digital holographic imaging, i.e. synthesizing holobjects from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/10—Processes or apparatus for producing holograms using modulated reference beam
    • G03H1/12—Spatial modulation, e.g. ghost imaging

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

本发明为了突破传统柱面计算全息显示受限于缺乏商用的柱面空间光调制器，无法从实验上验证提出的各种柱面全息显示方案的问题；同时，在数值模拟的柱面计算全息中，由于可见光波段满足采样定理的采样数过于庞大而选择远红外波段，可见光波段的柱面计算全息显示方法也是另一个亟待解决的问题。因此，本发明提出一种基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法。该方法通过直角锥面镜的等相位面转换功能，将平面全息图的衍射场转换到柱面上，从而实现360度的柱面显示。该方法突破柱面全息图需要柱面空间光调制器的限制，实现了基于平面空间光调制器的柱面全息显示，具有极大的应用前景。

Description

基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法
技术领域
本发明涉及一种全息显示领域，特别是全息图的生成和再现方法。
背景技术
全息显示能提供给观看者需要的所有信息，因此被公认为最有前景的三维显示技术。但是，目前的全息显示技术依然有一些问题亟待解决。其中之一：为了彻底摆脱平面全息显示的视场角受限于空间光调制器像素间距的局限，研究学者提出了柱面全息显示技术路线，然而该技术路线目前受限于缺乏商用的柱面空间光调制器，无法从实验上验证提出的各种柱面全息显示方案。同时，在数值模拟的柱面计算全息中，由于可见光波段满足采样定理的采样数过于庞大而选择远红外波段，因此可见光波段的柱面计算全息显示方法也是另一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是突破柱面全息显示需要柱面空间光调制器的限制，提供一种基于平面空间光调制器就能实现全息图的360度柱面再现。解决上述技术问题采用如下技术措施：基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法按如下步骤进行：
（i）基于平面空间光调制器的柱面全息显示的全息图再现方法：步骤1，将计算全息图Holo加载到一个平面空间光调制器上，经过传播距离为z1的全息平面HP到中间平面MP的衍射过程，到达中间平面；步骤2，通过一个顶点为直角的圆锥镜，将中间平面上的衍射场的传播方向改变90°，到达与衍射场直径等大的内圆柱面IC，其传播距离为衍射场或内圆柱的半径r；步骤3，内圆柱面的衍射场经过从内圆柱面IC到半径为R的外圆柱面OC的衍射过程，其传播距离为d2=R-r，就得到360度柱面全息的光学再现像U0，即原始物光波；该再现方法的数学过程表示为:
U0=IC2OC_Prop{MP2IC_Tran[HP2MP_Prop(Holo, z1), r], d2}，其中，HP2MP_Prop((), z1)表示传播距离为z1的全息平面到中间平面的衍射传播过程，MP2IC_Tran[(), r]表示直角锥面镜的从中间平面到内圆柱面的等相位面转换过程，IC2OC_Prop{[],d2}表示传播距离为d2的内柱面到外柱面的衍射过程。
（ii）基于平面空间光调制器的柱面全息显示的全息图计算生成方法，为实现上述柱面全息显示方法的全息图再现，采用计算机模拟全息图的生成过程，其过程与全息图再现过程是相反的过程，具体步骤为：步骤1，位于半径为R的外圆柱面的物光波U0，经过从外圆柱面OC到半径为r的内圆柱面IC的衍射过程，得到内柱面的衍射场分布，其传播距离为d2=R-r；步骤2，模拟通过一个顶点为直角的圆锥镜，将内柱面衍射场的传播方向改变90°，衍射场从内圆柱面IC传播到与内圆柱面直径等大的中间平面MP上，其传播距离为中间平面衍射场或内圆柱的半径r；步骤3，中间平面上的衍射场，经过传播距离为z1的中间平面MP到全息平面HP的衍射过程，到达全息平面；最后，通过全息图编码算法，将全息平面上的衍射场复整幅分布编码为可被空间光调制器加载并且调制的全息图；该计算生成方法的数学过程表示为:
Holo=Encode{MP2HP_Prop{IC2MP_Tran[OC2IC_Prop(U0, d2), r], z1}}，其中，OC2IC_Prop{[], d2}表示传播距离为d2的外柱面到内柱面的衍射过程，IC2MP_Tran[(),r]表示直角锥面镜的从内圆柱面到中间平面的等相位面转换过程，MP2HP_Prop((), z1)表示传播距离为z1的中间平面到全息平面的衍射传播过程；Encode{}表示全息图编码过程。
该方法通过直角锥面镜的等相位面转换功能，将平面全息图的衍射场转换到柱面上，从而实现360度的柱面显示；该方法突破柱面全息图需要柱面空间光调制器的限制，实现了基于平面空间光调制器的柱面全息显示，具有极大的应用前景。
附图说明
附图1为本发明的全息显示方法示意图；(a) 衍射模型，(b) 衍射模型的三个阶段。
附图2为全息图在90、180、270、360度4个方向上光学再现结果图，第一行为字母的再现结果，第二行为交通工具的再现结果。
注：上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
下面详细说明本发明基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明所述方法的具体实施方式如下：
基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法，如图1所示，分如下几个步骤：
（i）基于平面空间光调制器的柱面全息显示的全息图再现方法：步骤1，将计算全息图Holo加载到一个平面空间光调制器上，经过传播距离为z1的全息平面HP到中间平面MP的衍射过程，到达中间平面；步骤2，通过一个顶点为直角的圆锥镜，将中间平面上的衍射场的传播方向改变90°，到达与衍射场直径等大的内圆柱面IC，其传播距离为衍射场或内圆柱的半径r；步骤3，内圆柱面的衍射场经过从内圆柱面IC到半径为R的外圆柱面OC的衍射过程，其传播距离为d2=R-r，就得到360度柱面全息的光学再现像U0，即原始物光波；该再现方法的数学过程表示为:
U0=IC2OC_Prop{MP2IC_Tran[HP2MP_Prop(Holo, z1), r], d2}，其中，HP2MP_Prop((), z1)表示传播距离为z1的全息平面到中间平面的衍射传播过程，MP2IC_Tran[(), r]表示直角锥面镜的从中间平面到内圆柱面的等相位面转换过程，IC2OC_Prop{[],d2}表示传播距离为d2的内柱面到外柱面的衍射过程。
（ii）基于平面空间光调制器的柱面全息显示的全息图计算生成方法，为实现上述柱面全息显示方法的全息图再现，采用计算机模拟全息图的生成过程，其过程与全息图再现过程是相反的过程，具体步骤为：步骤1，位于半径为R的外圆柱面的物光波U0，经过从外圆柱面OC到半径为r的内圆柱面IC的衍射过程，得到内柱面的衍射场分布，其传播距离为d2=R-r；步骤2，模拟通过一个顶点为直角的圆锥镜，将内柱面衍射场的传播方向改变90°，衍射场从内圆柱面IC传播到与内圆柱面直径等大的中间平面MP上，其传播距离为中间平面衍射场或内圆柱的半径r；步骤3，中间平面上的衍射场，经过传播距离为z1的中间平面MP到全息平面HP的衍射过程，到达全息平面；最后，通过全息图编码算法，将全息平面上的衍射场复整幅分布编码为可被空间光调制器加载并且调制的全息图；该计算生成方法的数学过程表示为:
Holo=Encode{MP2HP_Prop{IC2MP_Tran[OC2IC_Prop(U0, d2), r], z1}}，其中，OC2IC_Prop{[], d2}表示传播距离为d2的外柱面到内柱面的衍射过程，IC2MP_Tran[(),r]表示直角锥面镜的从内圆柱面到中间平面的等相位面转换过程，MP2HP_Prop((), z1)表示传播距离为z1的中间平面到全息平面的衍射传播过程；Encode{}表示全息图编码过程。
本发明的实例中，基于平面空间光调制器的柱面全息显示的全息图生成方法中，计算外柱面到内柱面衍射场分布时，衍射过程的点扩散函数h_OC2IC_Prop，具体表示为h_OC2IC_Prop(θ, z)=(1/iλdc)×exp(ikdc)×cosa}，其中，i为虚数单位，k=2π/λ，dc为衍射距离，λ为波长，θ和z分别为空域径向和垂轴坐标；衍射距离dc的具体计算公式为：dc=[R2+r2-2Rr×cos(θ1-θ0)+(z1-z0)2]1/2，其中，θ1和θ0分别为内柱面和外柱面的径向变量，z1和z0分别为内柱面和外柱面的垂轴变量；则内柱面的衍射场分布U1的具体计算公式为：U1=OC2IC_Prop(U0, d2)=U0*h_OC2IC_Prop=IFT[FFT(U0)×FT(h_OC2IC_Prop)]，其中FT和IFT分别为傅里叶变换和逆傅里叶变换。
本发明的实例中，基于平面空间光调制器的柱面全息显示的全息图生成方法中，计算内圆柱面IC传播到中间平面MP的衍射场分布时，衍射过程近似为一个传播距离为r的等相位面转换过程，具体表示U2(x2,y2)=IC2MP_Tran[U1(θ1,z1), r]，其中，(x2,y2)为中间平面上的空域坐标，(θ1,z1)为内圆柱面上的坐标，x2=r×cosθ1，y2=r×sinθ1。
本发明的实例中，基于平面空间光调制器的柱面全息显示的全息图生成方法中，计算从中间平面MP到全息记录平面HP的传播过程时,全息记录平面HP上的衍射场分布为：Uh(x1,y1)=IFT{FT[U2(x2,y2)]×H_MP2HP_Prop(fx2,fy2)}。其中，H_MP2HP_Prop为该衍射过程的传递函数，具体表示为H_MP2HP_Prop(fx2,fy2)=exp{(ikz1)×[1-(λfx2)2-(λfy2)2]1/2}，其中，(x1,y1)表示全息面上的坐标，(fx2,fy2)表示中间平面上空域坐标(x2,y2)对应的频域坐标。
本发明的实例中，全息面衍射场的编码过程函数Encode()，具体为取相位函数。
下面结合实施例和附图对本发明的内容进行进一步的解释：
全息图计算生成过程中，物体的分辨率为3840×540，像素间距为8.0um，波长λ为671nm，衍射距离z1为300mm，内、外圆柱面半径分别为5和10 mm；全息图的分辨率为1080×1080，平面空间光调制器的像素间距为8.0um。本发明方法，在90、180、270、360度4个方向上的光学重建结果如图2所示，第一行为字母的再现结果，第二行为交通工具的再现结果，从结果来看，本发明的方法成功从平面空间光调制器上实现了360°柱面的全息显示。
因此，本发明的方法突破柱面全息图需要柱面空间光调制器的限制，实现了基于平面空间光调制器的柱面全息显示，具有极大的应用前景。

Claims (1)

1.基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法，其特征是按如下方法进行：
(i)基于平面空间光调制器的柱面全息显示的全息图再现方法：步骤1，将计算全息图Holo加载到一个平面空间光调制器上，经过传播距离为z1的全息平面HP到中间平面MP的衍射过程，到达中间平面；步骤2，通过一个顶点为直角的圆锥镜，将中间平面上的衍射场的传播方向改变90°，到达与衍射场直径等大的内圆柱面IC，其传播距离为衍射场或内圆柱的半径r；步骤3，内圆柱面的衍射场经过从内圆柱面IC到半径为R的外圆柱面OC的衍射过程，其传播距离为d2＝R-r，得到360度柱面全息的光学再现像U0，即原始物光波；
该再现方法的数学过程表示为:
U0＝IC2OC_Prop{MP2IC_Tran[HP2MP_Prop(Holo,z1),r],d2}，其中，HP2MP_Prop((),z1)表示传播距离为z1的全息平面到中间平面的衍射传播过程，MP2IC_Tran[(),r]表示直角锥面镜的从中间平面到内圆柱面的等相位面转换过程，IC2OC_Prop{[],d2}表示传播距离为d2的内柱面到外柱面的衍射过程；
(ii)基于平面空间光调制器的柱面全息显示的全息图计算生成方法，为实现上述柱面全息显示方法的全息图再现，采用计算机模拟全息图的生成过程，其过程与全息图再现过程是相反的过程，具体步骤为：步骤a，位于半径为R的外圆柱面的物光波U0，经过从外圆柱面OC到半径为r的内圆柱面IC的衍射过程，得到内柱面的衍射场分布，其传播距离为d2＝R-r；步骤b，模拟通过一个顶点为直角的圆锥镜，将内柱面衍射场的传播方向改变90°，衍射场从内圆柱面IC传播到与内圆柱面直径等大的中间平面MP上，其传播距离为中间平面衍射场或内圆柱的半径r；步骤c，中间平面上的衍射场，经过传播距离为z1的中间平面MP到全息平面HP的衍射过程，到达全息平面；最后，通过全息图编码算法，将全息平面上的衍射场复整幅分布编码为可被空间光调制器加载并且调制的全息图；
该计算生成方法的数学过程表示为:
Holo＝Encode{MP2HP_Prop{IC2MP_Tran[OC2IC_Prop(U0,d2),r],z1}}，其中，OC2IC_Prop{[],d2}表示传播距离为d2的外柱面到内柱面的衍射过程，IC2MP_Tran[(),r]表示直角锥面镜的从内圆柱面到中间平面的等相位面转换过程，MP2HP_Prop((),z1)表示传播距离为z1的中间平面到全息平面的衍射传播过程；Encode{}表示全息图编码过程。
CN202210518578.0A 2022-05-13 2022-05-13 基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法 Active CN114995083B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210518578.0A CN114995083B (zh) 2022-05-13 2022-05-13 基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210518578.0A CN114995083B (zh) 2022-05-13 2022-05-13 基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114995083A CN114995083A (zh) 2022-09-02
CN114995083B true CN114995083B (zh) 2023-07-28

Family

ID=83026523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210518578.0A Active CN114995083B (zh) 2022-05-13 2022-05-13 基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114995083B (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4333386B2 (ja) * 2004-02-04 2009-09-16 ソニー株式会社 ホログラム読出システム、及びホログラフィック・ディスク記録媒体からのデータ読出方法
KR100588939B1 (ko) * 2004-06-08 2006-06-09 주식회사 대우일렉트로닉스 홀로그래픽 데이터 기록 장치 및 방법
US8634119B2 (en) * 2010-07-09 2014-01-21 Tipd, Llc System for holography
CN104199266A (zh) * 2014-07-14 2014-12-10 四川大学 一种基于向内传播模型的柱面计算全息记录方法
JP6637658B2 (ja) * 2015-02-23 2020-01-29 国立大学法人東京農工大学 ホログラム表示装置
CN113589671B (zh) * 2021-07-01 2022-08-12 四川大学 扩大垂直视场角的锥面全息显示方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114995083A (zh) 2022-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109459870B (zh) 基于双折射介质超颖表面的多通道矢量全息偏振复用方法
KR101207105B1 (ko) 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램을 연산하기 위한 방법 및장치
Liu et al. Pattern-adaptive error diffusion algorithm for improved phase-only hologram generation
Li et al. Multiple-image encryption using phase jump gradient factors-based OAM multiplexing holography
CN109991736A (zh) 基于ω型共形超颖表面实现曲面全息的方法
CN114995083B (zh) 基于平面空间光调制器的柱面全息显示方法
Amano et al. Reconstruction of a three-dimensional color-video of a point-cloud object using the projection-type holographic display with a holographic optical element
CN114759985B (zh) 一种基于超表面的光学加密系统及方法
CN109856944B (zh) 一种提高再现像质量的纯相位全息图生成方法
CN109270816B (zh) 一种全息图生成方法及彩色全息显示系统
US20100188717A1 (en) Method and device for manufacturing a hologram recording medium
Chijiwa et al. Deep learning-based design of additional patterns in self-referential holographic data storage
JP2014211565A (ja) 計算機ホログラムのデータ作成装置およびそのデータ作成方法
CN116931408A (zh) 基于2步衍射法的光学柱面全息显示方法
CN112558451B (zh) 基于球面全息的二维角度复用方法
CN115373247A (zh) 基于双向相位补偿的锥面全息图快速生成方法
Wang et al. Computer-generated very large space-bandwidth product binary hologram for laser projector
CN110647023B (zh) 一种基于部分角谱法的快速全息图生成和高质量再现方法
Sawada et al. Rotation spacing and multiplexing number in angle-peristrophic multiplexing holographic memory
Shibukawa et al. Digital image diffusion technique for suppressing interpage crosstalk in holographic data storage
KR20210001974A (ko) 디지털 홀로그램 표시 장치 및 디지털 홀로그램 영상 재생 방법
CN115793425A (zh) 一种光学柱面全息显示的垂直视场扩大方法
US11768463B2 (en) Digital hologram display apparatus and displaying method of digital holographic image
Wang et al. Bi-directional phase compensation to accelerate conical hologram generation
CN111722513B (zh) 基于频率分解的全息显示方法、系统、设备及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant